陕西省半导体照明工程中心

陕西省半导体照明工程中心技术总监王鸿麟教授半导体照明技术发展概况白光发光二极管（LED）简介很早以前科学家就发现半导体PN结通过正向电流时，部分少数载流子与多数载流子复合后，会以光量子形式释放出能量。根据这种现象研制的二极管称为半导体发光二极管（LightEmittingDiode）。实验表明，半导体材料不同，杂质浓度不同，发光二极管（LED）发出光线的颜色也不同。照明所需要的白色光是由多种单色光合成的复合光。目前制造白色发光管（LED）大多采用两种方案：一种方案是将蓝光LED和黄光荧光粉封装在一起。荧光粉受到蓝光照射后会发出黄光、蓝光与黄光混合形成白光。另一种方案是将蓝光和黄光LED或蓝光、绿光和红光LED封装在一起，几种单色光混合后产生白光。近年来，白光发光二极管（LED）的应用取得了飞速发展，超高亮度LED（指发光强度达到或超过100MCD的LED）已广泛应用于交通信号灯和大屏幕显示，超高亮度LED阵列可取代500W以内的白炽灯。功率型LED的光通量已经达到150Lm/w以上，目前已用于手电筒、矿灯、路灯、汽车灯等场合。半导体照明灯的主要优点国家经贸委等13个部门组织实施的旨在节约电能，保护环境，改善照明质量的国家绿色照明工程中，大功率LED已明确作为推广使用的产品。公司现在已经成功研制出500W、200W、100W等大功率LED节能照明灯，填补了国内国外在该项目上的空白。LED灯主要优点如下：光源使用寿命长LED灯的理论寿命可达10万小时，实际使用寿命超过5万小时，按每天点亮10小时，LED灯可用5000天，因此LED灯可用10年以上。灯内控制电路采用高质量设计，可工作10年以上。白炽灯的平均寿命只有1000小时，其他光源的平均寿命也只有3000-8000小时，远远低于LED灯的寿命。由于LED灯的寿命很长，不需要经常更换，因此可大大节省维护费用。光效高节电显著电光源每W电功率产生的光通量称为光效，单位为Lm/w。普通白炽灯的光效为15Lm/w，LED的光效可达到200Lm/w，约为白炽灯的10倍以上。与同亮度白炽灯相比，LED照明灯可节省80-90%电能。如果每只路灯的功率由400W减小到100W，每天照明时间按10小时计算，每天可节电3000Wh，按每度电.0.5元计算，每天可节省电费1.5元，全年每只路灯节省电费547元，两年节省的电费远高于LED灯的成本。由于LED灯特别省电，因此供电电缆的线径可能大大减小，因而可节省初期投资。应当特别指出的是：由于LED灯特别省电，因此有可能实现太阳能电池供电。过去每只路灯的功率都在250W-400W之间，如果采用太阳能电池供电，所需太阳能电池的容量和蓄电池的容量非常大，成本特别高。LED路灯和庭院灯功率约为30W-50W，因此所需太阳能电池和蓄电池的容量较小，可以大大减小初期投资。据估算，全国若有三分之一的照明灯具使用LED灯，每年节约的电费可重建一个三峡工程，对建立节约型社会是一个巨大的贡献，而且间接地减轻了因火力发电造成的严重环境污染及不可再生资源的消耗。光通量稳定、不波动、无频闪效应危害电光源发出的光通量不稳定，产生光波动称为频闪。频闪超过一定范围后，在灯光下将产生视觉疲劳，长期视觉疲劳会损伤人的视觉系统。LED照明灯采用恒定直流电流驱动，不会产生任何频闪，对人体没有任何危害。日光灯、白炽灯、高压汞灯、钠灯等光源均采用交流电源供电，光通量的波动深度在55-65%，波动频率为100周，频闪效应的危害性极大。显色性能好不会产生色偏显色性表示光对颜色的还原程度。在显色性较低的灯光下（一般日光灯显色指数为60－70）看东西，眼睛对颜色的分辨能力低，容易造成视觉疲劳。绿色照明灯要求显色指数应大于或等于85。LED灯显色指数完全可以满足绿色照明灯的要求。半导体照明灯的应用半导体照明（LED）锂电池矿灯近百年来，国内外矿工普遍采用由铅酸电池和白炽灯组成的帽灯，这种帽灯体积很大重量接近3Kg。使用过程中，铅酸电池需要经常加酸补液，维护工作量很大，同时硫酸电解液溢出时有可能烧破衣服甚至烧伤皮肤。此外由于白炽灯的寿命很短，在井下工作时，若灯泡烧坏，将严重影响采煤工作。这种矿灯的安全性能很差，外部发生短路时，将产生很强的火花，有可能引起瓦斯爆炸。矿灯选用LED作光源后，照度和寿命大大提高，功耗也大大降低。矿灯选用锂电池是减轻重量减小体积的必然选择，但是由于目前大量应用的钴酸锂和锰酸锂电池，存在着燃烧甚至爆炸的危险。最近我们配合有关锂电池生厂商推出了磷酸铁锂电池，使锂电池的安全性能大大提高。目前这种新型矿灯国内已有数十家工厂生产，并且国营大中型煤矿已普遍采用，有些产品已开始出口。矿用隔爆不断电LED巷道灯过去矿井巷道内普遍采用隔爆白炽灯。这种灯具耗电量特别大、寿命短、照度低。近年来大部分矿井开始采用隔爆荧光灯。由于巷道内需要昼夜连续照明，白炽灯和荧光灯的耗电量较大寿命较短，每年所需电费很高而且每年都要投入大量的人力和物力，更换维护巷道灯，通常更换巷道灯时，需切断电源，因而也影响生产。此外矿井内许多重要的场所要求不间断照明，为此采用白炽灯和荧光灯时，必须配置容量很大的蓄电池和逆变器，不仅成本增加，供电可靠性也较差。隔爆不断电LED巷道灯采用多阵列LED作光源，很容易实现不断电应急照明。电源供电正常时，各阵列LED都点亮，同时蓄电池充电，电源中断后，灯内的磷酸铁锂电池给一组LED阵列供电，功耗很小。两只500mAh电池可供电10小时，这种巷道灯已经在多家矿井试用，用户反映极好。虽然目前成本较高，但两年节省的电费和维护费即可补偿一次性投资。目前陕西煤业集团和省外多家煤业集团都准备采用这种新型巷道灯。太阳能LED照明系统目前全国尚有28个县约1.2亿人口没有用上电。为了实现“村村亮工程”每年国家都要投入大量资金，解决偏远地区的照明问题，由于偏远地区都远离供电网，架设输电线路的投资非常大，线路损耗也十分惊人。为此通常都采用太阳能光伏电源供电。在这种供电系统中采用LED作光源，可节省大量的电能。虽然LED灯目前成本较高，但是在要求同样照明功率和照明时间的条件下，光伏电池组件和贮能蓄电池的容量可减小60%，同时半导体照明灯由直流电压供电，可省去将直流电变为交流电的逆迹器，这样不仅提高了供电效率和供电系统的可靠性，还大幅度降低了系统成本。该系统受到陕西省农电局和陕西电力公司等单位的领导和专家的高度重视，准备作为“村村亮工程”的首选产品。该产品还可用于高速公路遂道照明、太阳能路灯、太阳能庭院灯等。室内LED照明灯具LED照明灯虽然具有很多优点，但是由于它的照射角度有一定限制，用作室内照明灯具有一定的困难。本公司采用多层LED阵列特殊结构研制的LED灯泡，不但解决泛光照明的要求，还很好的解决了LED的散热问题，本公司研制的LED驱动器模块可满足很宽的输入电压要求（交流和直流24V~280V），可适用任何于国家任何和地区的电网要求。公司研制的LED灯管采用了远光、近光配光系统，可以满足各种不同的要求。目前已投入批量生产8WLED灯管可取代20W日光灯，5WLED灯泡可取代60W白炽灯泡。这些室内照明灯具根据用户的要求还可增加应急照明功能，从而可取代目前广泛应用的应急灯。